JP2019173656A - 電動圧縮機 - Google Patents

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Abstract

【課題】コンデンサの耐震性を向上させること。【解決手段】高電圧基板41と、低電圧基板51と、バスバーアセンブリ61とは、高電圧基板41と低電圧基板51とがバスバーアセンブリ61を挟むように積層されている。そして、バスバーアセンブリ61は凹部68を有し、コンデンサ25は凹部68に内装されている。これによれば、高電圧基板41と低電圧基板51とがバスバーアセンブリ61を挟むように積層されて、コンデンサ25が、バスバーアセンブリ61の凹部68に内装されることにより、バスバーアセンブリ61に保持されるため、コンデンサ25の耐震性を向上させることができる。【選択図】図3

Description

本発明は、電動圧縮機に関する。
電動圧縮機は、電動モータと、電動モータを駆動するモータ制御装置と、モータ制御装置を内部に収容するケースと、を備えている。また、例えば特許文献1の電動圧縮機では、スイッチング素子が実装された高放熱基板(高電圧基板)と、スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御回路が実装された制御基板(低電圧基板)と、コンデンサが実装された回路基板と、バスバーアセンブリと、を備えている。高放熱基板、制御基板、及びバスバーアセンブリは、高放熱基板、バスバーアセンブリ、及び制御基板が積層された状態で一体化されており、回路基板は、バスバーアセンブリに対してねじ止めされている。
特開2017−172509号公報
ところで、コンデンサは、重量が比較的大きい電子部品であるため、コンデンサの耐震性を向上させることが望まれている。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、コンデンサの耐震性を向上させることができる電動圧縮機を提供することにある。
上記課題を解決する電動圧縮機は、電動モータと、前記電動モータを駆動するモータ制御装置と、前記モータ制御装置を内部に収容するケースと、を備えた電動圧縮機であって、前記モータ制御装置は、コンデンサとコイルとを有するフィルタ回路、及びスイッチング素子が実装された高電圧基板と、前記スイッチング素子の制御回路が実装された低電圧基板と、前記スイッチング素子と前記制御回路とを電気的に接続するバスバーが内蔵された樹脂製のバスバーアセンブリと、を備え、前記高電圧基板と、前記低電圧基板と、前記バスバーアセンブリとは、前記高電圧基板と前記低電圧基板とが前記バスバーアセンブリを挟むように積層されており、前記バスバーアセンブリは凹部を有し、前記コンデンサは前記凹部に内装されている。
これによれば、高電圧基板と低電圧基板とがバスバーアセンブリを挟むように積層されて、コンデンサが、バスバーアセンブリの凹部に内装されることにより、バスバーアセンブリに保持されるため、コンデンサの耐震性を向上させることができる。
上記電動圧縮機において、前記フィルタ回路は、並列接続された前記コンデンサを複数有し、前記バスバーアセンブリは、前記凹部を複数有し、前記複数のコンデンサは、前記凹部にそれぞれ内装されているとよい。
これによれば、複数のコンデンサが、バスバーアセンブリの複数の凹部にそれぞれ内装されることにより、バスバーアセンブリに保持されるため、複数のコンデンサの耐震性を向上させることができる。複数のコンデンサを並列に接続する構成は、大電流を扱う電動圧縮機において有用である。
上記電動圧縮機において、前記ケースには、外部電源に接続されるコネクタが設けられ、前記バスバーアセンブリは、前記コネクタと前記フィルタ回路とを電気的に接続する入力バスバーを内蔵しているとよい。これによれば、バスバーアセンブリがコネクタから伝わる振動から入力バスバーを保護する。
上記電動圧縮機において、前記ケースには、前記電動モータと前記モータ制御装置とを電気的に接続する導電部材が設けられ、前記バスバーアセンブリは、前記導電部材と前記スイッチング素子とを電気的に接続する出力バスバーを内蔵しているとよい。これによれば、バスバーアセンブリが各種振動から出力バスバーを保護する。
上記電動圧縮機において、前記高電圧基板は、前記ケースと熱交換可能に配置され、前記低電圧基板と、前記バスバーアセンブリとは、それぞれ締結孔を有し、締結部材が前記締結孔を通して前記モータ制御装置と前記ケースとを締結しているとよい。
これによれば、締結部材は、バスバーアセンブリの締結孔を通るので、モータ制御装置とケースとの締結による低電圧基板及び高電圧基板の変形を抑えることができる。また、高電圧基板をケースに対して安定して押さえ付けることができ、高電圧基板とケースとの熱交換が行われ易くなる。
この発明によれば、コンデンサの耐震性を向上させることができる。
実施形態における電動圧縮機を示す断面図。 電動圧縮機の電気的構成を示す回路図。 ケース及びモータ制御装置の分解斜視図。 高電圧基板及びバスバーアセンブリを示す斜視図。
以下、電動圧縮機を具体化した一実施形態を図1〜図4にしたがって説明する。本実施形態の電動圧縮機は、例えば、車両空調装置に用いられる。
図1に示すように、電動圧縮機10のハウジング11内には、流体である冷媒を圧縮する圧縮部12と、圧縮部12を駆動させる電動モータ13とが収容されている。圧縮部12は、例えば、ハウジング11内に固定された図示しない固定スクロールと、固定スクロールに対向配置される図示しない可動スクロールとから構成されるスクロール式である。なお、圧縮部12は、スクロール式に限らず、例えば、ピストン式やベーン式等であってもよい。
ハウジング11には、吸入口11a及び吐出口11bが形成されている。また、ハウジング11内には、回転軸14が収容されている。回転軸14は、ハウジング11に回転可能に支持されている。電動モータ13は、回転軸14に固定されて回転軸14と一体的に回転するロータ13aと、ハウジング11の内周面に固定されるとともにロータ13aを取り囲むステータ13bとから構成されている。ステータ13bのティースには、モータコイル15が捲回されている。そして、モータコイル15に電力が供給されることによりロータ13a及び回転軸14が回転する。
吸入口11aには外部冷媒回路16の一端が接続されている。吐出口11bには外部冷媒回路16の他端が接続されている。そして、外部冷媒回路16から吸入口11aを介してハウジング11内に冷媒が吸入され、ハウジング11内に吸入された冷媒は、圧縮部12によって圧縮される。そして、圧縮部12によって圧縮された冷媒は、吐出口11bを介して外部冷媒回路16に吐出され、外部冷媒回路16の熱交換器や膨張弁を経て、吸入口11aを介してハウジング11内に還流される。電動圧縮機10及び外部冷媒回路16は、車両空調装置17を構成している。
ハウジング11の底壁11cには、ケース18が取り付けられている。ケース18の内部には、電動モータ13を駆動するモータ制御装置19が収容されている。圧縮部12、電動モータ13、及びモータ制御装置19は、この順で、回転軸14の回転軸線方向に並設されている。
図2に示すように、電動モータ13のモータコイル15は、u相コイル15u、v相コイル15v、及びw相コイル15wを有する三相構造になっている。本実施形態において、u相コイル15u、v相コイル15v、及びw相コイル15wは、Y結線されている。
モータ制御装置19は、複数のスイッチング素子Qu1,Qu2,Qv1,Qv2,Qw1,Qw2と、フィルタ回路20と、を有している。複数のスイッチング素子Qu1,Qu2,Qv1,Qv2,Qw1,Qw2は、電動モータ13を駆動させるためにスイッチング動作を行う。複数のスイッチング素子Qu1,Qu2,Qv1,Qv2,Qw1,Qw2は、IGBT(パワースイッチング素子)である。複数のスイッチング素子Qu1,Qu2,Qv1,Qv2,Qw1,Qw2には、ダイオードDu1,Du2,Dv1,Dv2,Dw1,Dw2がそれぞれ接続されている。
各スイッチング素子Qu1,Qu2、各スイッチング素子Qv1,Qv2、及び各スイッチング素子Qw1,Qw2はそれぞれ直列に接続されている。各スイッチング素子Qu1,Qu2,Qv1,Qv2,Qw1,Qw2のゲートは、制御回路21に電気的に接続されている。各スイッチング素子Qu1,Qv1,Qw1のコレクタは、フィルタ回路20を介して外部電源23の正極に電気的に接続されている。各スイッチング素子Qu2,Qv2,Qw2のエミッタは、フィルタ回路20を介して外部電源23の負極に電気的に接続されている。各スイッチング素子Qu1,Qv1,Qw1のエミッタ及び各スイッチング素子Qu2,Qv2,Qw2のコレクタは、それぞれ直列に接続された中間点からu相コイル15u、v相コイル15v、及びw相コイル15wにそれぞれ電気的に接続されている。
制御回路21は、電動モータ13の駆動電圧をパルス幅変調により制御する。具体的には、制御回路21は、搬送波信号と呼ばれる高周波の三角波信号と、電圧を指示するための電圧指令信号とによってPWM信号を生成する。そして、制御回路21は、生成したPWM信号を用いて各スイッチング素子Qu1,Qu2,Qv1,Qv2,Qw1,Qw2のオンオフ制御を行う。これにより、外部電源23からの直流電圧が交流電圧に変換される。そして、変換された交流電圧が駆動電圧として電動モータ13に印加されることにより、電動モータ13の駆動が制御される。
また、制御回路21は、PWM信号を制御することにより、各スイッチング素子Qu1,Qu2,Qv1,Qv2,Qw1,Qw2のオンオフのデューティ比を可変制御する。これにより、電動モータ13の回転数が制御される。制御回路21は、空調ECU24と電気的に接続されており、空調ECU24から電動モータ13の目標回転数に関する情報を受信すると、その目標回転数で電動モータ13を回転させる。
フィルタ回路20は、複数のスイッチング素子Qu1,Qu2,Qv1,Qv2,Qw1,Qw2と外部電源23との間に設けられている。フィルタ回路20は、コンデンサ25及びコイル26を有している。コンデンサ25は、電解コンデンサであるとともにコイル26に電気的に接続されている。コイル26は、ノーマルモードコイルである。
図3に示すように、モータ制御装置19は、フィルタ回路20及びスイッチング素子Qu1,Qu2,Qv1,Qv2,Qw1,Qw2が実装された高電圧基板41と、制御回路21が実装された低電圧基板51と、樹脂製のバスバーアセンブリ61と、を備えている。また、ケース18は、有底筒状の本体部27と、本体部27に取り付けられる有底筒状の蓋部28と、を備えている。
本体部27は、板状の底壁27aと、底壁27aの外周部から立設される周壁27bと、を有している。周壁27bにおける底壁27aとは反対側の開口端面27cには、第1ボルト31が挿通される挿通孔27dが複数形成されている。また、周壁27bの開口端面27cには、第2ボルト32がねじ込まれる雌ねじ孔27eが複数形成されている。
周壁27bの内周面には、ボス部27fが複数突設されている。ボス部27fにおける底壁27aとは反対側の端面は、周壁27bの開口端面27cよりも底壁27a側に位置している。各ボス部27fには、第3ボルト33がねじ込まれる雌ねじ孔27gが形成されている。
本体部27には、外部電源23に接続されるコネクタ29が設けられている。コネクタ29は、接続端子29aを二つ備えている。さらに、本体部27には、電動モータ13とモータ制御装置19とを電気的に接続する導電部材34が3つ設けられている。3つの導電部材34は、支持板35を介して本体部27の底壁27aに支持されている。3つの導電部材34は、底壁27aを貫通している。
蓋部28は、板状の底壁28aと、底壁28aの外周部から立設される周壁28bと、を有している。周壁28bにおける底壁28aとは反対側の開口端面28cは、本体部27の周壁27bの開口端面27cと向き合っている。周壁28bの外周面は、本体部27の周壁27bの外周面に沿っている。蓋部28には、各第1ボルト31がそれぞれ挿通される挿通孔28dが複数形成されている。また、蓋部28には、各第2ボルト32がそれぞれ挿通される挿通孔28eが複数形成されている。
電動圧縮機10は、本体部27の周壁27bの開口端面27cと蓋部28の周壁28bの開口端面28cとの間に配置されるガスケット30を備えている。ガスケット30は、本体部27の周壁27bの開口端面27cに沿って延びる環状である。ガスケット30は、本体部27の周壁27bの開口端面27cと蓋部28の周壁28bの開口端面28cとの間をシールする。ガスケット30には、各第1ボルト31がそれぞれ挿通される挿通孔30aが複数形成されている。また、ガスケット30には、各第2ボルト32がそれぞれ挿通される挿通孔30bが複数形成されている。
低電圧基板51の外周部には、第3ボルト33が挿通される挿通孔51aが形成されている。
高電圧基板41には、コンデンサ25が複数実装されている。よって、フィルタ回路20は、並列接続されたコンデンサ25を複数有している。高電圧基板41は、複数のコンデンサ25、コイル26、及び複数のスイッチング素子Qu1,Qu2,Qv1,Qv2,Qw1,Qw2が実装される実装面41aを有している。なお、本実施形態において、各スイッチング素子Qu1,Qu2,Qv1,Qv2,Qw1,Qw2は、それぞれ二つのパワースイッチング素子を並列接続して構成されている。
また、バスバーアセンブリ61は、樹脂製のホルダ62を有している。ホルダ62は、コネクタ29の接続端子29aが設置される端子台63を有している。端子台63は、コネクタ29の各接続端子29aをそれぞれ収容する収容凹部63aを有している。
図4に示すように、バスバーアセンブリ61は、コネクタ29の接続端子29aと電気的に接続される入力バスバー64を二つ内蔵している。各入力バスバー64の一端64aは、各接続端子29aと電気的に接続されるとともに、各入力バスバー64の他端64bは、高電圧基板41と電気的に接続されている。なお、各入力バスバー64の一端64aと各接続端子29aとの接続には、接続用ボルト65a及び接続用ナット65bが用いられている。
バスバーアセンブリ61は、導電部材34と電気的に接続される出力バスバー66を3つ内蔵している。各出力バスバー66の一端66aは、各導電部材34と電気的に接続されている。各出力バスバー66の他端部66bは、各スイッチング素子Qu1,Qu2,Qv1,Qv2,Qw1,Qw2と電気的に接続されている。
バスバーアセンブリ61には、各スイッチング素子Qu1,Qu2,Qv1,Qv2,Qw1,Qw2と制御回路21とを電気的に接続するバスバー67が3つ内蔵されている。各入力バスバー64、各出力バスバー66、及び各バスバー67は、一部分がホルダ62にインサート成形されることによりホルダ62に一体化された状態で内蔵されている。
図3及び図4に示すように、ホルダ62には、第3ボルト33が挿通される挿通孔62aが複数形成されている。また、ホルダ62には、凹部68が複数形成されている。よって、バスバーアセンブリ61は、凹部68を複数有している。本実施形態において、凹部68は、ホルダ62を貫通する円孔状の貫通孔である。
複数のコンデンサ25は、凹部68にそれぞれ内装されている。高電圧基板41と、低電圧基板51と、バスバーアセンブリ61とは、高電圧基板41と低電圧基板51とがバスバーアセンブリ61を挟むように積層されている。そして、各第3ボルト33が、低電圧基板51の各挿通孔51a及びホルダ62の挿通孔62aに挿通されるとともに各ボス部27fの雌ねじ孔27gにねじ込まれることにより、高電圧基板41、低電圧基板51、及びバスバーアセンブリ61がケース18の本体部27に締結されている。したがって、締結部材である各第3ボルト33が、各挿通孔51a及び各挿通孔62aを通してモータ制御装置19とケース18とを締結している。よって、低電圧基板51と、バスバーアセンブリ61とは、それぞれ締結孔として各挿通孔51a及び各挿通孔62aを有している。
高電圧基板41、低電圧基板51、及びバスバーアセンブリ61がケース18の本体部27に締結されている状態において、高電圧基板41の実装面41aとは反対側の端面は、本体部27の底壁27aの内面に接触している。よって、高電圧基板41は、ケース18と熱交換可能に配置されている。
図1に示すように、本体部27の底壁27aを貫通する3つの導電部材34は、ハウジング11の底壁11cを貫通して、ハウジング11内に突出している。そして、3つの導電部材34は、ハウジング11内に配置されたクラスタブロック69を介して、電動モータ13から引き出された3つのモータ配線13cとそれぞれ電気的に接続されている。
外部電源23からの入力電圧は、接続端子29a、入力バスバー64、及び高電圧基板41の配線パターン、更に高電圧基板41に実装されたフィルタ回路20を介して各スイッチング素子Qu1,Qu2,Qv1,Qv2,Qw1,Qw2に入力される。各スイッチング素子Qu1,Qu2,Qv1,Qv2,Qw1,Qw2には、制御回路21からの制御信号が各バスバー67を介して各スイッチング素子Qu1,Qu2,Qv1,Qv2,Qw1,Qw2に送られる。そして、各スイッチング素子Qu1,Qu2,Qv1,Qv2,Qw1,Qw2が、制御回路21からの制御信号に基づいてスイッチング動作を行うことにより、直流電圧が交流電圧に変換される。変換された交流電圧は、駆動電圧として各出力バスバー66、各導電部材34、クラスタブロック69、各モータ配線13cを介して電動モータ13に供給される。これにより、電動モータ13が駆動し、電動モータ13の駆動に伴う回転軸14の回転によって、圧縮部12が駆動して冷媒が圧縮部12により圧縮される。
次に、本実施形態の作用について説明する。
高電圧基板41と低電圧基板51とがバスバーアセンブリ61を挟むように積層されて、複数のコンデンサ25が、バスバーアセンブリ61の凹部68に内装されることにより、バスバーアセンブリ61に保持されている。このため、複数のコンデンサ25の耐震性が向上する。
上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
(1)高電圧基板41と、低電圧基板51と、バスバーアセンブリ61とは、高電圧基板41と低電圧基板51とがバスバーアセンブリ61を挟むように積層されている。そして、バスバーアセンブリ61は凹部68を有し、コンデンサ25は凹部68に内装されている。これによれば、高電圧基板41と低電圧基板51とがバスバーアセンブリ61を挟むように積層されて、コンデンサ25が、バスバーアセンブリ61の凹部68に内装されることにより、バスバーアセンブリ61に保持されるため、コンデンサ25の耐震性を向上させることができる。
(2)バスバーアセンブリ61は、凹部68を複数有している。そして、複数のコンデンサ25は、凹部68にそれぞれ内装されている。これによれば、複数のコンデンサ25が、バスバーアセンブリ61の複数の凹部68にそれぞれ内装されることにより、バスバーアセンブリ61に保持されるため、複数のコンデンサ25の耐震性を向上させることができる。複数のコンデンサ25を並列に接続する構成は、大電流を扱う電動圧縮機10において有用である。
(3)バスバーアセンブリ61は、コネクタ29とフィルタ回路20とを電気的に接続する入力バスバー64を内蔵している。これによれば、バスバーアセンブリ61がコネクタ29から伝わる振動から入力バスバー64を保護する。
(4)バスバーアセンブリ61は、導電部材34とスイッチング素子Qu1,Qu2,Qv1,Qv2,Qw1,Qw2とを電気的に接続する出力バスバー66を内蔵している。これによれば、バスバーアセンブリ61が各種振動から出力バスバー66を保護する。
(5)締結部材である各第3ボルト33が、締結孔である各挿通孔51a及び各挿通孔62aを通してモータ制御装置19とケース18とを締結している。これによれば、第3ボルト33は、バスバーアセンブリ61の各挿通孔62aを通るので、モータ制御装置19とケース18との締結による低電圧基板51及び高電圧基板41の変形を抑えることができる。また、高電圧基板41をケース18に対して安定して押さえ付けることができ、高電圧基板41とケース18との熱交換が行われ易くなる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態において、凹部68は、ホルダ62を貫通する貫通孔でなくてもよく、ホルダ62に形成される凹みであってもよい。
○ 実施形態において、コンデンサ25の数は一つであってもよく、コンデンサ25の数は適宜変更してもよい。そして、コンデンサ25の数に合わせて、ホルダ62に形成される凹部68の数を適宜変更してもよい。
○ 実施形態において、コンデンサ25は、電解コンデンサに限らず、例えば、フィルムコンデンサであってもよい。
○ 実施形態において、電動圧縮機10は、例えば、モータ制御装置19が、ハウジング11に対して回転軸14の径方向外側に配置されている構成であってもよい。要は、圧縮部12、電動モータ13、及びモータ制御装置19が、この順で、回転軸14の回転軸線方向に並設されていなくてもよい。
○ 実施形態において、電動圧縮機10は、車両空調装置17を構成していたが、これに限らず、例えば、電動圧縮機10は、燃料電池車に搭載されており、燃料電池に供給される流体としての空気を圧縮部12により圧縮するものであってもよい。
Qu1,Qu2,Qv1,Qv2,Qw1,Qw2…スイッチング素子、10…電動圧縮機、13…電動モータ、18…ケース、19…モータ制御装置、20…フィルタ回路、21…制御回路、23…外部電源、25…コンデンサ、26…コイル、29…コネクタ、33…締結部材である第3ボルト、34…導電部材、41…高電圧基板、51…低電圧基板、51a…締結孔としての挿通孔、61…バスバーアセンブリ、62a…締結孔としての挿通孔、64…入力バスバー、66…出力バスバー、67…バスバー、68…凹部。

Claims (5)

  1. 電動モータと、
    前記電動モータを駆動するモータ制御装置と、
    前記モータ制御装置を内部に収容するケースと、を備えた電動圧縮機であって、
    前記モータ制御装置は、
    コンデンサとコイルとを有するフィルタ回路、及びスイッチング素子が実装された高電圧基板と、
    前記スイッチング素子の制御回路が実装された低電圧基板と、
    前記スイッチング素子と前記制御回路とを電気的に接続するバスバーが内蔵された樹脂製のバスバーアセンブリと、を備え、
    前記高電圧基板と、前記低電圧基板と、前記バスバーアセンブリとは、前記高電圧基板と前記低電圧基板とが前記バスバーアセンブリを挟むように積層されており、
    前記バスバーアセンブリは凹部を有し、
    前記コンデンサは前記凹部に内装されていることを特徴とする電動圧縮機。
  2. 前記フィルタ回路は、並列接続された前記コンデンサを複数有し、
    前記バスバーアセンブリは、前記凹部を複数有し、
    前記複数のコンデンサは、前記凹部にそれぞれ内装されていることを特徴とする請求項1に記載の電動圧縮機。
  3. 前記ケースには、外部電源に接続されるコネクタが設けられ、
    前記バスバーアセンブリは、前記コネクタと前記フィルタ回路とを電気的に接続する入力バスバーを内蔵していることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電動圧縮機。
  4. 前記ケースには、前記電動モータと前記モータ制御装置とを電気的に接続する導電部材が設けられ、
    前記バスバーアセンブリは、前記導電部材と前記スイッチング素子とを電気的に接続する出力バスバーを内蔵していることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の電動圧縮機。
  5. 前記高電圧基板は、前記ケースと熱交換可能に配置され、
    前記低電圧基板と、前記バスバーアセンブリとは、それぞれ締結孔を有し、
    締結部材が前記締結孔を通して前記モータ制御装置と前記ケースとを締結していることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の電動圧縮機。
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